具有一维纳米孔道的材料是研究一维纳米限域体系的理想模板。由于纳米孔道的空间限域效应,限域于其中的原子/分子会展示出许多不同于体材料的新结构和新奇特性。高压作为一种极端条件,可以有效改变原子/分子间的距离,创造常规条件下不存在的新结构新现象。将纳米限域效应与高压效应相结合,研究限域空间中原子/分子的动力学行为和结构转变不仅有助于我们深入理解纳米限域体系中主客体相互作用,还为探索限域环境下新结构新现象提供重要指导。典型的双原子分子碘和最常见的水在限域环境下和高压条件下都展示出丰富的结构变化。高压下限域碘和水的研究是一个全新的科研领域,其中的结构变化和转变机制仍不清楚。针对这一问题,我们对限域于磷酸铝分子筛AEL一维椭圆孔道内的碘和水的结构转变进行研究,得到如下结果:1.对分子筛AEL限域碘体系(I@AEL)进行原位高压研究。在外压增加过程中(0~6GPa),分子筛骨架收缩,孔道中的游离碘分子发生由垂直孔道轴向向平行孔道轴向的取向转变,进而增加孔道中的碘分子链数量。更高压下,分子筛骨架扭曲变形,使碘分子链受到破坏。偏振拉曼测量结果和理论模拟向我们清晰地展示出了高压下碘取向转变的图像。这一结果表明高压是操纵控制限域空间中碘分子取向并编织长碘分子链的有效手段。该课题的研究有助于理解一维双原子分子体系的高压结构转变,为获得新型一维纳米材料提供实验依据和理论指导。2.对分子筛限域碘体系(I@AEL和I@AFI)进行原位低温拉曼光谱实验研究。随着温度降低,一维孔道内碘分子发生由垂直孔道轴向向平行孔道轴向转变,进而增加孔道轴向碘的数量。当温度恢复至常温,限域碘的取向恢复。这些结果表明限域碘的取向可以简单地通过降/升温过程来操控。我们提供了一种有效可逆控制限域碘分子取向的方法,限域碘取向的这种特性将使其在低温敏感纳米器件的研发方面发挥潜在的应用。3.利用红外光谱技术研究常温常压下分子筛AEL吸水后孔道中限域水的氢键结构。研究表明,孔道中的水以四种不同氢键结构的形式存在,其中包括与骨架铝配位的水、类冰状结构、类液态水和水低聚物。类液态水结构的出现与分子筛孔道高度限域效应有紧密关系。水与骨架结构之间特殊的配位作用是在常温下形成类冰状结构的原因。分子筛孔道空间限域尺度和水与孔道相互作用共同决定孔道内水的氢键结构。提高空气的相对湿度,分子筛吸水速度增加,但是分子筛孔道内水的氢键结构影响不大。我们的实验结果为深入理解限域空间中水的结构、振动性质以及水与限域模板之间的相互作用提供重要的指导。4.对分子筛AEL限域水体系(H2O@AEL)进行高压研究。研究发现,高压下分子筛骨架收缩,限域水发生由类冰状结构向类液态水结构、与孔道配位水以及水二聚物的转变。限域水的这种独特的高压结构转变在之前的研究中并未有报道,是我们首次发现的。当以氩为传压介质,进入孔道的氩促进类冰状结构的转变,使水对分子筛骨架的支撑减弱,分子筛更易被压缩。同时,氩的存在使水分子中氢与分子筛骨架氧之间的距离减小,氢键吸引作用增强,对分子筛施加一个内部的吸引作用。这使分子筛骨架展示出更高的可压缩性。对限域水的高压研究不仅丰富了我们对水结构转变的认知,还有助于深入理解水分子与分子筛之间的相互作用和分子筛的结构稳定性,对多孔材料的应用也有重大意义。